DE2446090B2

DE2446090B2 - NUCLEAR REACTOR, IN PARTICULAR PRESSURE WATER REACTOR

Info

Publication number: DE2446090B2
Application number: DE19742446090
Authority: DE
Inventors: Emmerich Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Seidelberger
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1974-09-26
Filing date: 1974-09-26
Publication date: 1976-07-29
Also published as: CH581891A5; FR2286478B1; JPS5848080B2; BE833507A; DE2446090C3; DE2446090A1; ES441256A1; FR2286478A1; BR7506128A; US4072560A; JPS5160897A; SE7510711L

Description

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor, insbesondere Druckwasserreaktor, mit einem einen Reaktorkern enthaltenden Reaktordruckbehälter, in dessen oberen Teil Leitungen für die Einspeisung eines Notkühlmittels führen, von denen mindestens eine unmittelbar an den Reaktordruckbehä'ter angeschlossen ist. Bisher enden die in der Praxis bei Kernreaktoren zur Erzeugung elektrischer Energie verwirklichten Leitungen für das Notkühlmittel an den Rohrleitungen oder Anschlußstutzen für das normale Kühlmittel. Sie führen also nicht unmittelbar in den Reaktordruckbehälter. Dies mag daran liegen, daß man die sonst erforderlichen zusätzlichen Durchbrechungen der Reaktordruckbehälterwand vermeiden wollte, die die Kosten des Reaktordruckbehälters erhöhen.The invention relates to a nuclear reactor, in particular a pressurized water reactor, with a reactor core containing reactor pressure vessel, in the upper part of which lines for feeding an emergency coolant lead, of which at least one is directly connected to the reactor pressure vessel. End so far the lines implemented in practice in nuclear reactors for generating electrical energy for the Emergency coolant on the pipes or connection pieces for the normal coolant. So you don't lead directly into the reactor pressure vessel. This may be due to the fact that the otherwise necessary wanted to avoid additional breakthroughs in the reactor pressure vessel wall, which would reduce the costs of the Increase reactor pressure vessel.

Aus der deutschen Auslegeschrift 11 56 516 ist jedoch auch ein für Schiffsantriebe gedachter Druckwasserreaktor bekannt, bei dem die Notkühlung durch Naturumfauf in Gang gesetzt werden soll und die Notkühlleitungen unmittelbar in den Reaktordruckbeliälter führen. Beide Leitungen sind ausschließlich an das Obere Plenum angeschlossen, d. h. sowohl die Einlaß- als iuch die Auslaßleitung des bekannten Druckwasserreftktors führen in den Raum oberhalb des von einem Kernbehälter umgebenen Reaktorkerns im Reaktordruckbehälter. Dies hat zur Folge, daß das in den Reaktordruckbehälter eintretende kalte Notkühlmittel entgegen der Strömung des bei der Notkühlung entwickelten aufsteigenden Dampfes in den Reaktorkern eindringen muß. Hierdurch wird die Notkühlung behindert und verzögert.However, from the German Auslegeschrift 11 56 516 also a pressurized water reactor intended for ship propulsion known, in which the emergency cooling is to be set in motion by nature and the Emergency cooling lines directly into the reactor pressure vessel to lead. Both lines are only connected to the upper plenum, i. H. both the inlet and iuch the outlet line of the known pressurized water reactor lead into the space above the one Core container surrounded reactor core in the reactor pressure vessel. As a result, the Cold emergency coolant entering the reactor pressure vessel against the flow of the emergency cooling developed rising steam must penetrate into the reactor core. This is the emergency cooling handicapped and delayed.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus. die Notkühlung zu verbessern, d. h. den für die Notkühlung erforderlichen Aufwand bei gleicher Effektivität zu verringern oder aber mit gegebenem Aufwand eine intensivere, vor allem aber schnellere Wirkung der 5 Notkühlung zu erreichen. Dies gelingt erstaunlicherweise dadurch, daß der unmittelbar an den Reaktordruckbehälter angeschlossenen Notkühlleitung im Inneren des Redktordruckbehälters eine Strömungsleitvorrichtung zugeordnet ist, deren Austritt parallel zur Wand ίο des Reaktordruckbehälters in Richtung zur Unterkante des Reaktorkerns verläuft.The invention is based on the task. improve emergency cooling, d. H. the one for emergency cooling to reduce the required effort with the same effectiveness or, with the given effort, a to achieve a more intensive, but above all faster, effect of the 5 emergency cooling. Amazingly, this succeeds in that the emergency cooling line connected directly to the reactor pressure vessel inside of the reactor pressure vessel is assigned a flow guiding device, the outlet of which is parallel to the wall ίο the reactor pressure vessel runs in the direction of the lower edge of the reactor core.

Bei dem Kernreaktor nach der Erfindung wird durch die Strömungsleitvorrichtung eine das Verspritzen verhindernde Bündelung des Notkühlmittels erreicht, so daß sich das Notkühlmittel als geschlossener und von der Wand des Reaktordruckbehälters geführter Strahl in den unteren Teil des Reaktordruckbehälters ergießt, obwohl an sich eine entgegengerichtete Strömung des im Reaktordruckbehälter verdampfenden Kühlmittels vorliegt. Von unten wird dann der Reaktorkern in Richtung der natürlichen Dampfströmung benetzt Deshalb wird die Strömung des zugeführten Notkühlmittels durch das dampfförmig abströmende erhitzte Kühlmittel nur wenig beeinträchtigt. Man erhält also mit der Erfindung eine wesentlich schnellere Benetzung des Reaktorkerns und vermeidet die hohen Brennstabtemperaturen, die sonst nach Ausblasen des normalen Kühlmittels vorkommen können. Die Zeitspanne zwischen dem Einspeisebeginn und dem Beginn der Kernflutung wird um mehr als die Hälfte verringert, und es hat sich gezeigt, daß sich die Hüllrohrtemperaturen dadurch um 50 bis 100° K erniedrigen lassen. Solche niedrigeren Hüllrohrtemperaturen ergeben auch nur entsprechend geringe plastische Dehnungen in Umfangsrichtung (Hüllrohrblähen), so daß die Kühlkanalverengung ebenfalls in Grenzen bleibt. Dies kommt wiederum der besseren Notkühlung zu gute.In the nuclear reactor according to the invention, a bundling of the emergency coolant preventing splashing is achieved by the flow guide device, so that the emergency coolant pours into the lower part of the reactor pressure vessel as a closed jet guided by the wall of the reactor pressure vessel, although per se an opposite flow of the im Reactor pressure vessel is present evaporating coolant. The reactor core is then wetted from below in the direction of the natural steam flow. The flow of the emergency coolant supplied is therefore only slightly impaired by the heated coolant flowing out in vapor form. With the invention, therefore, the reactor core is wetted much more quickly and the high fuel rod temperatures which can otherwise occur after the normal coolant has been blown out are avoided. The time between the start of the feed and the start of the core flooding is reduced by more than half, and it has been shown that the cladding tube temperatures can be reduced by 50 to 100 ° K as a result. Such lower cladding tube temperatures also result in only correspondingly small plastic expansions in the circumferential direction (cladding tube expansion), so that the cooling channel constriction also remains within limits. This in turn benefits the better emergency cooling.

Die Verwendung von Strömungsleitvorrichtungen ist zwar bei flüssigkeitsgekühlten Kernreaktoren bekannt, wie die deutsche Offenlegungsschrift 18 15 047 zeigt. Die bekannten Strömungsleitvorrichtungen haben jedoch die ganz andere Aufgabe, eine Abscheidung von Gasblasen aus dem Flüssigkeitsstrom zu ermöglichen. Sie sind deshalb auch nicht irgendwelchen Notkühlleitungen, sondern den Eintrittsleitungen für das normale Kühlmittel zugeordnet. Die von ihnen verursachte Strömung verläuft radial zu dem zylindrischen Reaktorkern, damit eine Zentrifugalwirkung eintritt, die das Abscheiden der Gasblasen bewirkt, bevor sie in das Zentrum des Reaktorkerns gelangen.The use of flow guiding devices is known in liquid-cooled nuclear reactors, as the German Offenlegungsschrift 18 15 047 shows. However, the known flow guiding devices have the completely different task of enabling the separation of gas bubbles from the liquid flow. They are therefore not just any emergency cooling lines, but the inlet lines for the normal Assigned to coolant. The flow caused by them runs radially to the cylindrical reactor core, so that a centrifugal effect occurs, which causes the separation of the gas bubbles before they enter the Get to the center of the reactor core.

Bei einem Kernreaktor mit einem Kernbehälter, der mil dem Reaktordruckbehälter einen Ringspalt begrenzt, von dem der kalte Strang einer Hauptkühlmittel· schleife ausgeht, kann die Strömungsleitvorrichtung im Ringspalt z. B. in der Nähe des kalten Stranges angeordnet sein. Sie ergibt von dort aus eine dem Normalbetrieb ähnliche Kühlwirkung, obwohl die Strömungsrichtung umgekehrt verläuft. Außerdem können die im Ringraum angeordneten Strömungsleitvorrichtungen nicht durch Schäden beeinflußt werden, die im Kern im Inneren des Kernbehälters unter Umständen auftreten könnten.In the case of a nuclear reactor with a core vessel that delimits an annular gap with the reactor pressure vessel, from which the cold strand of a main coolant loop starts, the flow guide device in the Annular gap z. B. be arranged in the vicinity of the cold strand. From there it results in a dem Cooling effect similar to normal operation, although the direction of flow is reversed. aside from that the flow guide devices arranged in the annulus cannot be influenced by damage, which could possibly occur in the core inside the core container.

Als Strömungsleitvorrichtung kann vorteilhaft eine die Mündung der Notkühlleitung überdeckende Haube vorgesehen sein. Vorzugsweise ist der Querschnitt der Auslaßöffnung der Haube nicht größer als der Querschnitt der Notkühlleitung, weil dadurch, wie gewünscht, ein kräftiger geschlossener Strahl erhaltenA hood covering the mouth of the emergency cooling line can advantageously be used as the flow guide device be provided. Preferably, the cross section of the outlet opening of the hood is not larger than that Cross-section of the emergency cooling line, because as a result, a powerful closed jet is obtained, as desired

werden kann. Man kann auch einen zwecks Dusenwirkung verengten Querschnitt am Austritt der Haube vorsehen, um die Geschwindigkeit des Notkühlmittels zusätzlich zu erhöhen. Eine Grenze für die Verengung ist lediglich durch die Vergrößerung des Strömungs-Widerstandes und damit durch die Erhöhung des Gasdruckes im Druckspeicher bzw. durch die Vergrößerung der für die Notkühlung erforderlichen Pumpenleistung bestimmt, die ja unter Umständen von Notstromaggregaten geliefert werden muB.can be. A cross-section narrowed for the purpose of a nozzle effect can also be used at the outlet of the hood provide to additionally increase the speed of the emergency coolant. A limit to the narrowing is only due to the increase in flow resistance and thus by increasing the gas pressure in the pressure accumulator or by enlarging it the pump capacity required for emergency cooling determined, which may have to be supplied by emergency power generators.

Düsen werden z. B. nach der deutschen Offenlegungsschrift 17 64 470 zur Notkühlung von dampfgekühlten Kernreaktoren angewendet Die bekannten Düsen sollen jedoch eine zur Notkühlung verwendete Flüssigkeit nebelartig versprühen, damit die mit den Düsen versehenen Brennelemente nicht durch einen thermischen Schock zerstört werden. Hier soll also mit den Düsen gerade das Gegenteil der bei der Erfindung vorgesehenen Wirkung eines geschlossenen Strahles erreicht werden.Nozzles are z. B. according to the German Offenlegungsschrift 17 64 470 used for emergency cooling of steam-cooled nuclear reactors The known nozzles should, however, spray a liquid used for emergency cooling in a mist-like manner so that the nozzles provided fuel assemblies are not destroyed by a thermal shock. So here should be with the Nozzles just the opposite of the effect of a closed jet provided in the invention can be achieved.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel beschrieben.To explain the invention in more detail, an exemplary embodiment is given below with reference to the figures described.

In F i g. 1 ist schematisch ein Druckwasserreaktor von z.B. 1000 MWe dargestellt, dessen wesentlicher Bestandteil ein weitgehend zylindrischer Reaktordruckbehälter 1 ist. Im Unterteil 2 des Reaktordruckbehälters 1, der mit einem Deckel 3 verschlossen ist, ist ein Kernbehälter 4 konzentrisch angeordnet. In diesem ist der Reaktorkern 5 untergebracht. Die an den Stirnseiten anschließenden Räume im Inneren des Reaktordruckbehälters t werden als oberes Plenum 6 und unteres Plenum 7 bezeichnet.In Fig. 1 is schematically a pressurized water reactor of FIG e.g. 1000 MWe shown, its essential component a largely cylindrical reactor pressure vessel 1 is. In the lower part 2 of the reactor pressure vessel 1, which is closed with a lid 3, a core container 4 is arranged concentrically. In this is the reactor core 5 housed. The spaces inside the reactor pressure vessel adjoining the end faces t are referred to as upper plenum 6 and lower plenum 7.

Der Kernbehälter 4 bildet mit dem Unterteil 2 des Reaktordruckbehälters 1 einen Ringraum 10. An diesen ist die kalte Hauptkühlmittelleitung 11 angeschlossen, in der von einer Hauptkühlmittelpumpe 12 das als Primärkühlmittel verwendete leichte Wasser zurück in den Reaktordruckbehälter 1 gepumpt wird. Das Primärkühlmittel strömt normalerweise vom unteren Plenum 7 durch den Reaktorkern 5 zum oberen Plenum 6. Dort gelangt es in die heiße Hauptkühlmittelleitung 13. die zu einem Dampferzeuger 14 führt. Der Dampferzeuger 14 ist mit der Pumpe 12 in nicht gezeichneter Weise zu einer geschlossenen Kühlmittelschleife 15 verbunden.The core container 4 forms an annular space 10 with the lower part 2 of the reactor pressure vessel 1 the cold main coolant line 11 is connected, in the light water used as the primary coolant by a main coolant pump 12 back in the reactor pressure vessel 1 is pumped. The primary coolant usually flows from the lower one Plenum 7 through the reactor core 5 to the upper plenum 6. There it reaches the hot main coolant line 13. which leads to a steam generator 14. The steam generator 14 is not connected to the pump 12 connected to a closed coolant loop 15 as shown.

Für den Fall, daß das normale Kühlmittel bei einem Bruch der Hauptkühlmittelleitungen 11, 13 austritt, sind zur Notkühlung Druckspeicher 16 vorgesehen, von denen nur einer gezeichnet ist. In den Druckspeichern steht als Kühlmittel dienendes vorzugsweise boriertes Wasser 17 unter dem Druck eines Gaspolsters 18. Der Auslaß 19 des Druckspeichers 16 ist über zwei Rückschlagventile 20 und 21 an Notkühlmittelleitungen 22 und 23 angeschlossen, die über Rückschlagklappen 24 und 25 auch von nicht weiter dargestellten Notspeisepumpen beliefert werden können. Über zwei weitere Rückschlagklappen 26 und 27 führen die Notkühlleitungen 22,23 zum Reaktordruckbehälter 1.In the event that the normal coolant escapes in the event of a break in the main coolant lines 11, 13, are provided for emergency cooling pressure accumulator 16, only one of which is shown. In the accumulators is preferably borated water 17 serving as a coolant under the pressure of a gas cushion 18 Outlet 19 of the accumulator 16 is via two check valves 20 and 21 on emergency coolant lines 22 and 23 connected, the non-return valves 24 and 25 also from emergency feed pumps, not shown can be supplied. The emergency cooling lines run through two further non-return valves 26 and 27 22,23 to reactor pressure vessel 1.

Die Notkühlleitung 23 ist an den heißen Strang 13 der Hauptkühlmittelschleife 15 angeschlossen. An der Mündung der Notkühlleitung 23 ist im Inneren des Rohres eine Haube 28 angeordnet, mit deren Hufe das Notkühlmittel in das obere Plenum 6 gelenkt wird, wie der Pfeil 29 zeigtThe emergency cooling line 23 is connected to the hot branch 13 of the main coolant loop 15. At the At the mouth of the emergency cooling line 23, a hood 28 is arranged in the interior of the pipe, with the hooves of which the Emergency coolant is directed into the upper plenum 6, as arrow 29 shows

Die Notkühlleitung 22 fnhrt direkt in den unteren Teil 2 des Reaktordruckbehälters 1. Wichtig ist, daß die Anschlußstelle 30 der kalten Einspeiseleitung 22 oberhalb der Kernoberkante liegt, damit auch beim Bruch einer solchen Notkühlleitung der Ken 5 durch das Noikuhlwasser bedeckt werden kann. Im GegensatzThe emergency cooling line 22 leads directly into the lower part 2 of the reactor pressure vessel 1. It is important that the connection point 30 of the cold feed line 22 lies above the upper edge of the core, so that the Ken 5 also breaks through when such an emergency cooling line breaks the Noikuhlwasser can be covered. In contrast

•o zu der zeichnerischen Darstellung sind die Anschlüsse 30 von vier Leitungen in dieser Ebene in Umfangsnchtung beliebig, aber am Umfang gleich verteilt angeordnet
An der Anschlußstelle 30 ist im Inneren desIn relation to the illustration in the drawing, the connections 30 of four lines in this plane are arranged as desired in the circumferential direction, but are evenly distributed around the circumference
At the connection point 30 is inside the

'5 Ringraumes 10 die Mündung mit einer Strömungsleitvorrichtung 31 versehen, wie in F i g. 2 in einem Vertikalschnitt in größerem Maßstab deutlicher gezeichnet ist.'5 annular space 10 the mouth with a flow guide device 31 provided, as shown in FIG. 2 drawn more clearly in a vertical section on a larger scale is.

In das Unterteil 2 des Reaktordruckbehälters 1 ist ein Einspeisestutzen 35 eingeschweißt, in dem ein zentrisches Innenrohr 36 zum Schutz vor Wärmespannungen angeordnet ist Auf der im Ringraum 10 liegenden Innenseite des Reaktordruckbehälters 1 ist die Mündung 37 mit einer Haube 38 überdeckt, die eine nach unten gerichtete Auslaßöffnung 39 aufweist. Die Auslaßöffnung 39 führt, wie der Pfeil 40 erkennen läßt, parallel zu der Plattierung 42 auf der Innenseite der Wand des Reaktordruckbehälters 1 zum unteren Plenum 7, also in Richtung zur Unterkante des Reaktorkerns 5.In the lower part 2 of the reactor pressure vessel 1, a feed connector 35 is welded, in which a central Inner tube 36 is arranged to protect against thermal stresses on the lying in the annular space 10 Inside of the reactor pressure vessel 1, the mouth 37 is covered with a hood 38, which one after has outlet opening 39 directed downwards. The outlet opening 39 leads, as the arrow 40 shows, parallel to the plating 42 on the inside of the wall of the reactor pressure vessel 1 to the lower Plenum 7, i.e. in the direction of the lower edge of the reactor core 5.

Aus der F i g. 3, die einen Horizontalschnitt durch die Mündung der Notkühlleitung 22 mil dem Stutzen 35 zeigt, geht hervor, daß die Haube 38 einen etwa halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, der sich von der Oberkante zur Unterkante hin auf das Maß der Auslaßöffnung 39 erweitert. Der Querschnitt sollte insgesamt nicht größer sein als der Querschnitt der Notkühlleitung 22. Er kann sich zweckmäßig zum Austritt 39 hin verengen, so daß die Haube 38 mit der Innenseite des Reaktordruckbehälters 1 eine Einspeisedüse für das Notkühlmittel 17 bildet. Man erhält dadurch einen parallel zur Wand 2 in Richtung des Pfeils 40 verlaufenden, stark gebündelten Strahl, der auch dann noch mit großer Wucht und damit in ausreichender Menge den unteren Rand des Reaktorkerns 5 erreicht, solange das normale Primärkühlmittel bei einem Bruch der kalten Hauptkühlleitung 11 noch in Gegenrichtung zum Pfeil 40 ausströmt. Dies sorgt für eine wesentliche Verkürzung der Zeit, in der der Reaktorkern 5 nicht bespült ist, so daß die Temperaturen im Kern wesentlich niedriger bleiben.From FIG. 3 showing a horizontal section through the Mouth of the emergency cooling line 22 mil the nozzle 35 shows, it can be seen that the hood 38 has an approximately Has semicircular cross-section extending from the upper edge to the lower edge to the extent of the Outlet opening 39 expanded. The overall cross-section should not be larger than the cross-section of the Emergency cooling line 22. It can expediently narrow towards the outlet 39, so that the hood 38 with the The inside of the reactor pressure vessel 1 forms a feed nozzle for the emergency coolant 17. This gives you a strongly bundled beam which runs parallel to the wall 2 in the direction of the arrow 40 and which also then reaches the lower edge of the reactor core 5 with great force and thus in sufficient quantity, as long as the normal primary coolant is still in the opposite direction in the event of a break in the cold main cooling line 11 flows out towards arrow 40. This ensures a significant reduction in the time in which the reactor core 5 is not is flushed, so that the temperatures in the core remain much lower.

In Fig. 2 ist angedeutet, daß am oberen, sich zuspitzenden Rand der. Haube 38 eine Öffnung 42 vorgesehen sein kann. Diese verhindert, daß sich im Normalbetrieb unter der Haube 38 ein Totwassergebiet mit unerwünscht hohen Temperaturen entwickelt.In Fig. 2 it is indicated that the upper, tapering edge of the. Hood 38 an opening 42 can be provided. This prevents a dead water area under the hood 38 during normal operation developed with undesirably high temperatures.

Die Erfindung kann mit Vorteil auch bei anderen wassergekühlten Reaktoren,z. B.Siedewasserreaktoren oder Schwerwasserreaktoren, angewendet werden.The invention can also be used with advantage in other water-cooled reactors, e.g. B. boiling water reactors or heavy water reactors.

Darüber hinaus erscheint eine Anwendung auch bei gasgekühlten Reaktoren denkbar.In addition, an application also appears conceivable in gas-cooled reactors.

Hierzu 2 Bhtt ZeichnungenFor this 2 Bhtt drawings

Claims

Patent claims:

1. Nuclear reactor, in particular pressurized water reactor, with a reactor core containing Reactor pressure vessel, in the upper part of which there are lines for the supply of an emergency coolant, at least one of which is directly connected to the reactor pressure vessel. through this characterized in that this emergency cooling line (22) inside the reactor pressure vessel (1) has a Flow line device (31) is assigned. their outlet parallel to the wall (42) of the reactor pressure vessel (1) runs in the direction of the undercomings of the reactor core (5).

2. Nuclear reactor according to claim 1 with a core vessel which is connected to the reactor pressure vessel bounded by an annular gap from which the cold strand a main coolant characterized in that the flow guide device (31) is arranged in the annular gap (10).

3. Nuclear reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the flow guide device (31) is a hood (38) covering the mouth (37) of the emergency cooling line (22).

4. Nuclear reactor according to claim 3, characterized in that the cross section of the outlet opening (39) of the hood (38) is not larger than the cross section of the emergency cooling line (22).

5. Nuclear reactor according to claim 4, characterized in that the cross section of the The outlet opening (39) of the hood (38) / u of a nozzle is narrowed.